利用铁尾矿为原料制备介孔硅酸锌复合材料的方法及其在吸附去除有机污染物中的应用

本发明涉及一种利用铁尾矿为原料制备介孔硅酸锌复合材料的方法及其在吸附去除有机污染物中的应用。

背景技术：

1、铁尾矿作为铁矿产资源开采过程的固体废弃物，具有生态环境污染危害和二次资源有效利用的双重特性。目前，铁尾矿治理与综合再利用主要集中在建材制造、有价元素的再选回收、回填采空区、土壤复垦等资源化利用方面。随着现代工业的快速发展和人们对保护矿产资源意识的不断増强，利用铁矿尾矿中大量无机非金属矿物作为原料合成功能新材料高附加值产品也越来越被人们所期待。

2、铁尾矿作为一种复杂的混合硅酸盐矿物，由于地区差异，其构成不尽相同，但总体上由石英、长石、辉石、云母、方解石和角闪石组成。典型铁矿尾矿在化学成分上主要包括sio2、al2o3、cao、fe2o3、mgo和na2o等，在结构上具有可调节的硅氧四面体基本结构单元，可为合成高附加值的功能硅酸盐复合材料提供一种潜在的低成本和可持续的硅源。

3、硅酸锌是一种过渡金属硅酸盐，包括正硅酸锌、半晶状和非晶状硅酸锌，具有空心球、纳米线、薄膜和纳米管等多种形态以及不同的晶体结构。硅酸锌独特的结构使其在吸附剂、催化剂和发光材料等方面具有广阔的应用前景。特别是介孔硅酸锌具有热化学稳定性较高、吸附孔径可调、环境友好等诸多突出特性，被认为是一种高效的环保型吸附剂。硅酸锌复合材料通常使用的制备方法有模板法、界面反应法、溶胶-凝胶法、自组装法等，大多涉及使用昂贵的硅源，需要模板剂或表面活性剂辅助，或复杂的制备工序。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种利用铁尾矿为原料制备介孔硅酸锌复合材料的方法及其在吸附去除有机污染物中的应用。本发明以铁矿尾矿作为原料，依托铁矿尾矿具有的二氧化硅含量和可调节的四面体结构以及大量无机硅酸盐矿物的特殊混合矿物结构，采用简单的一步水热反应法制备出介孔硅酸锌吸附材料，为铁尾矿的功能化利用提供一个新途径。

2、本发明利用铁尾矿为原料制备介孔硅酸锌复合材料的方法，包括如下步骤：

3、步骤1：将铁尾矿原料烘干后研磨处理；

4、步骤2：配置一定浓度的硅酸钠水溶液，磁力搅拌混合均匀；

5、步骤3：将步骤1获得的铁尾矿粉末加入步骤2配制的硅酸钠水溶液中，添加比例为10-100g铁尾矿粉末：100ml硅酸钠水溶液，磁力搅拌分散均匀，获得均质悬浮液a；

6、步骤4：配置一定浓度的乙酸锌水溶液，在磁力搅拌下，将乙酸锌水溶液按设计浓度滴加至悬浮液a中，持续搅拌得到均质悬浮液b；

7、步骤5：将步骤4获得的悬浮液b转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后于120-260℃反应6-24h，自然冷却至室温后取出；

8、步骤6：将步骤5所得产物用去离子水和无水乙醇清洗至中性后，放置烘箱于60-80℃干燥至恒重，研磨得到介孔硅酸锌吸附材料。

9、优选地，步骤1中，铁尾矿研磨至粒径范围在1-70μm的粉末。

10、优选地，步骤2中，硅酸钠水溶液的摩尔浓度为0.2-1.0mol/l。

11、优选地，步骤4中，乙酸锌水溶液的摩尔浓度为0.2-1.0mol/l。均质悬浮液a与乙酸锌水溶液的体积比为1:1。

12、本发明介孔硅酸锌复合材料在吸附去除有机污染物中的应用。

13、所述有机污染物包括亚甲基蓝。

14、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

15、1、本发明以铁矿尾矿作为原料，依托铁矿尾矿具有的二氧化硅含量和可调节的硅氧四面体结构以及大量无机硅酸盐矿物的特殊混合矿物结构铁尾矿中含有一定量的硅元素，在硅酸锌复合材料的制备过程中能够作为部分有效硅源，其它伴生元素也起到协同作用；同时，铁尾矿中各种硅酸盐矿物的存在也为介孔硅酸锌吸附材料提供了生长的模板，抑制硅酸锌颗粒高表面能所产生的团聚现象，有利于提升所制备复合材料的吸附性能。

16、2、本发明采用简单的一步水热反应法制备出介孔结构的花瓣状异极矿硅酸锌吸附材料，为铁尾矿的功能化再利用提供一个可行途径。本发明制备的介孔硅酸锌复合材料对目标污染物100mg/l亚甲基蓝的吸附性能优良，1min内即达到吸附平衡，吸附率达95～100％。

技术特征：

1.利用铁尾矿为原料制备介孔硅酸锌复合材料的方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

6.根据权利要求1-5中任一项制备方法制备得到的介孔硅酸锌复合材料在吸附去除有机污染物中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种利用铁尾矿为原料制备介孔硅酸锌复合材料的方法及其在吸附去除有机污染物中的应用。本发明以铁矿尾矿作为原料，依托铁矿尾矿具有的二氧化硅含量和可调节的四面体结构以及其中无机硅酸盐矿物的特殊混合矿物结构，采用简单的一步水热反应法制备出介孔硅酸锌吸附材料。本发明制备的介孔硅酸锌复合材料对目标污染物100mg/L亚甲基蓝的吸附性能优良，1min内即达到吸附平衡，吸附率达95～100％。

技术研发人员：汪冬梅,吕珺,徐光青,郭敏娜,韩渺,王培桂
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16